Prototypes

Rotatiemechanisme paal (Lien)

• 1ste prototype: De tandwielen werden uitgetekend in NX en 3D geprint. Er werd een ondersteuning gemaakt uit hout en de assen waren van K'nex (Figuur 1). Dit eerste prototype werkte goed zonder extra belasting maar vanaf er te veel extra gewicht werd toegevoegd draaide het geheel stroever en bogen de assen door waardoor de tandwielen niet geheel meer goed aandreven. (Schaal= 1:10)

• 2de prototype: De 3D geprinte tandwielen werden hergebruikt in dit tweede prototype. De assen werden vervangen door metalen assen (met schroefdraad van M6). Om de assen op hun plaats te houden werden er oogbouten gebruikt met een diameter van 8 mm, moeren, tap en sluitringen. De ondersteuning werd opnieuw gemaakt om de stevigheid en netheid te verbeteren (Figuur 2). (Schaal= 1:10)

Verbeteringen:

De wrijvingscoëfficiënt van het tandwiel van de paal en de ondersteuning kan aangepast worden met behulp van parels die de functie hebben van wieltjes.

De wrijvingscoëfficiënt van het tandwiel van de paal en de ondersteuning kan aangepast worden met behulp van een aluminium-plaatje.

De ruimte tussen de assen en de oogbouten kan nog verkleind worden met tap om zo een betere passing te hebben. Dit heeft echter als nadeel dat er meer wrijving zal zijn tussen de assen de de oogbouten.

Er kan nog een platformpje worden gemaakt om gemakkelijker gewichten op te plaatsen zodat de testen makkelijk uitvoerbaar zullen zijn.

Al deze verbeterpunten zijn toegepast voor het prototype van de eindpresentatie op 27/11/2018.
Het finale prototype is uitgelegd geweest op deze presentatie en dit kan men terugvinden in het blogbericht: "Eindpresentatie 28/11: Finale prototypes".



Rotatiemechanisme stoeltjes en op- en neermechanisme (Sophie)

Aangezien het op- en neermechanisme en het rotatiemechanisme van de stoeltjes veel onderdelen gemeenschappelijk hebben, werden deze twee mechanismes geïntegreerd in één prototype. Het rotatiemechanisme van de paal werd eveneens geïntegreerd, maar sterk vereenvoudigd. Met dit prototype kan aangetoond worden dat één beweging van de ouder –  in werkelijkheid een trapbeweging op de fiets – resulteert in een draaibeweging van de paal, een draaibeweging van de stoeltjes in tegengestelde zin én een lineaire beweging van de stoeltjes. Het prototype werd op schaal 1:10 gemaakt.

Rotatiemechanisme paal

Het rotatiemechanisme van de paal werd vereenvoudigd naar een constructie met twee conische tandwielen – uitgetekend in NX en vervolgens 3D geprint – onderaan de paal. In werkelijkheid zal de rotatie van de paal in gang gezet worden volgens de constructie die Lien heeft uitgewerkt.

Rotatiemechanisme stoeltjes

Om de stoeltjes nog eens apart te laten ronddraaien werden ook een aantal onderdelen uitgetekend in NX en vervolgens 3D geprint:

•   Een V-riemschijf met twee groeven. Deze schijf moet stil staan en kan met behulp van twee moeren bevestigd worden op de vaststaande as.
•    Twee ronde assen met een schijf voorzien van één groef. Deze werden bevestigd op de molenschijf. Ze zijn voorzien van lagers zodat de assen soepel kunnen ronddraaien. Het is de bedoeling dat de assen waaraan de stoeltjes hangen ook draaien als de V-riemschijven beginnen te draaien. Daarom werden de as en de schijf als één geheel gemodelleerd. De assen zijn bovendien voorzien van een vierkante opening waar een vierkante as in kan schuiven. Als de as draait, zal de vierkante as meedraaien.

De middelste schijf en de 2 buitenste schijven zijn even groot. Bij één volledige draaiing van de molen zullen de stoeltjes één keer extra draaien. Hierbij draaien de stoeltjes in tegengestelde zin als de draairichting van de molen.

Kritische punten:

• De riemen (elastieken) trekken de buitenste V-riemschijven naar binnen. Om dit probleem tegen te gaan moeten de schijven zo dicht mogelijk bij de molenschijf zitten. Dit werd enerzijds gerealiseerd door de dikte van de schijven te beperken en anderzijds door de middelste schijven als één schijf – voorzien van twee groeven – te tekenen. Op deze manier is het hoogteverschil tussen de buitenste schijven minimaal. Een andere (en betere) oplossing zou zijn om de ene schijf aan de bovenkant en de andere aan de onderkant van de molenschijf te bevestigen. Op deze manier kunnen de schijven op dezelfde afstand van de molenschijf bevestigd worden, waardoor de trekkracht van de elastieken beperkt kan worden. Dit is echter niet te realiseren aangezien de onderste schijf dan op de ronddraaiende paal bevestigd zou moeten worden, terwijl deze in feite stil zou moeten staan.
• Door het trekken in de groef van de V-riemschijf wordt door de hoge wrijving tussen de elastiek en V-riemschijf de kracht overgedragen. Deze wrijving moet dus groot genoeg zijn.

Verbeteringen:

• Indien er niet genoeg wrijving zou zijn, zou de elastiek in een achtvorm gelegd kunnen worden. Op deze manier is er meer wrijvingsoppervlak tussen de elastiek en de V-riemschijf. De stoeltjes zullen dan wel in dezelfde zin draaien als de molenschijf. In ons geval was het voldoende om de elastiek in een ovaalvorm rond de V-riemschijven te leggen.

Op-en neermechanisme

De vierkante as waaraan het stoeltje hangt, werd gemaakt door een draadstang van 6 mm af te slijpen tot een vierkante as van 4 x 4 mm. Bovenaan werd een stukje schroefdraad behouden, zodat er nog een moer zou bevestigd kunnen worden.  

Kritische punten:

• Bij 45 graden, 135 graden, 225 graden en 315 graden is het grootste koppel nodig. Daarom zullen we bij berekeningen (het totaal benodigd koppel om het speeltuig in gang te brengen) en testen vooral rekening houden met deze posities. 

• Het vaststaand punt en de keerschijven liggen niet altijd op dezelfde lijn (enkel bij 0° en 180°). Daarom zouden de keerschijven scharnierend moeten werken of zou de kabel bij het vaststaand punt mee moeten bewegen met de rotatie van de keerschijven. Dit kan opgelost worden door enerzijds de keerschijven uit te voeren als een cilinder die bovenaan sterk afgerond is. Dit werd in het prototype gerealiseerd door een kunststof buisje op de juiste hoogte af te snijden en de binnenranden af te ronden met een vijl. De kabel kan er dan langs alle kanten gemakkelijk inlopen. Anderzijds zou de kabel bij het vaststaand punt vastgemaakt kunnen worden aan een oog (bijvoorbeeld een rondel). Als de keerschijven van positie veranderen zal de kabel meedraaien rond het oog. In het prototype werden beide oplossingen gecombineerd.

• Het touw mag niet ronddraaien als gevolg van de extra draaiing van het stoeltje. Om dit op te lossen werd de vierkante staaf bevestigd aan een U-profiel. Door middel van een zelfborgend moertje kan de staaf vrij ronddraaien op het U-profiel zonder dat de moer loskomt. Om ervoor te zorgen dat het U-profiel zeker niet meedraait, wordt het geleid op een gladde, ronde as.

• De kabel moet het gewicht (≈ 45 kilogram) van het kind, het stoeltje, en de constructie waaraan het stoeltje hangt kunnen doorstaan. Een staalkabel (diameter 3 mm) zou dit gewicht gemakkelijk kunnen trekken zonder te breken (zie ook blogbericht: "Dimensionering + Materiaalkeuze + (Krachten)berekeningen"). Voor het prototype werd eerst geprobeerd om een staalkabel van 1 mm te gebruiken, maar deze was moeilijk buigbaar door de kleine afmetingen van het prototype, daarom werd een touw gebruikt.

Verbeteringen:

• De kabel moet loodrecht bevestigd worden aan het U-profiel, in het verlengde van de ronddraaiende staaf. Dit is in het prototype niet het geval, aangezien het zwaartepunt van het U-profiel in het midden ligt. Een verbetering zou zijn om extra gewicht toe te voegen aan de kant van de staaf, zodat het zwaartepunt in het verlengde komt te liggen van de staaf.
• Om te verhinderen dat het U-profiel meedraait met de paal, werd het geleid op een staaf. Voor deze staaf werd in het prototype eerst een draadstang gebruikt. Dit werkte niet en daarom besloten we om een gladde staaf te gebruiken.
• De kabel moet steeds strak zijn. In het prototype is dit niet altijd het geval, aangezien het gewicht te klein is. Een verbetering zou zijn om extra gewicht aan te brengen aan de kant van het ronddraaiend staafje.